數(shù)據通信原理實驗指導書

1、首先添加工具箱，然后運行語句。操作步驟：1 找到連個共享文件夾：comm2與gaotv52 復制該文件夾至c:program filesmatlabr2007atoolbox文件夾下3 打開matlab |文件|set path|add folder|找到comm2，然后保存退出。4 gaotv5同上實驗中需注意：1 粘貼命令時注意前后是否發(fā)生變化；2所有的為提示符，不需輸入，用matlab自帶的3 注意標點不要用中文的4 記錄實驗結果，畫在實驗結果上（不要把圖畫在實驗內容上），提示：一圖一記錄，否則后面的圖會覆蓋前面的圖實驗一 編碼與譯碼一、實驗學時：2學時二、實驗類型：驗證型三、實驗儀器：

2、安裝matlab軟件的pc機一臺四、實驗目的：用matlab仿真技術實現(xiàn)信源編譯碼、差錯控制編譯碼,并計算誤碼率。在這個實驗中我們將觀察到二進制信息是如何進行編碼的。我們將主要了解：1目前用于數(shù)字通信的基帶碼型 2差錯控制編譯碼五、實驗內容：1常用基帶碼型（1） 使用matlab 函數(shù)wave_gen 來產生代表二進制序列的波形,函數(shù)wave_gen 的格式是：wave_gen(二進制碼元,碼型,rb)此處rb 是二進制碼元速率,單位為比特/秒（bps）。產生如下的二進制序列： b = 1 0 1 0 1 1;使用rb=1000bps 的單極性不歸零碼產生代表b的波形且顯示波形x，填寫圖1-1

3、： x = wave_gen(b ,unipolar_nrz,1000); waveplot(x)x = wave_gen(b ,unipolar_nrz,1000);運行如果出錯，點擊紅色顯示區(qū)域中wave_gen.m部分，然后將glable sampling_constrant刪除，并在if(nargin=3)后，加入sampling_constrant=100;即可。（2）用如下碼型重復步驟（1）（提示：可以鍵入“help wave_gen”來獲取幫助），并做出相應的記錄：a 雙極性不歸零碼 b 單極性歸零碼c 雙極性歸零碼 d 曼徹斯特碼 (manchester)圖1-1 單極性不歸零

4、碼圖1-2雙極性不歸零碼圖1-4雙極性歸零碼圖1-3單極性歸零碼圖1-5曼徹斯特碼2差錯控制編譯碼（1） 使用matlab 函數(shù)encode來對二進制序列進行差錯控制編碼, 函數(shù)encode的格式是：acode = encode(msg,n,k,linear/fmt,genmat) bcode = encode(msg,n,k,cyclic/fmt,genpoly) ccode = encode(msg,n,k,hamming/fmt,prim_poly)其中a用于產生線性分組碼，b用于產生循環(huán)碼，c用于產生hamming碼，msg為待編碼二進制序列，n為碼字長度，k為分組msg長度，genm

5、at為生成矩陣，維數(shù)為k*n，genpoly為生成多項式,缺省情況下為cyclpoly(n,k)。其說明參見matlab幫助。（2）產生如下的二進制序列：b=1 0 1 0 1 1 0 0 0 1 0 1;使用rb=1000bps 的單極性不歸零碼產生代表b 的波形且顯示波形，在圖1-6中記錄其波形： x = wave_gen(b,unipolar_nrz,1000); waveplot(x)（3）產生生成矩陣： genmat=1 0 0 0;0 1 0 0;0 0 1 0;0 0 0 1;0 1 0 1;0 1 1 0;0 1 1 1;（4）對b進行分組碼編碼： linear =encode

6、(b,7,4, linear/binary,genmat);使用rb=1000bps 的單極性不歸零碼產生代表linear的波形且顯示波形，填寫表1-1并在圖1-7中記錄波形： x = wave_gen(linear,unipolar_nrz,1000); waveplot(x)（5）對生成的線性碼譯碼，并使用rb=1000bps 的單極性不歸零碼產生和顯示譯碼后的波形，填寫表1-1并在圖1-8中記錄波形： code=decode(linear,7,4,linear,genmat); x = wave_gen(code,unipolar_nrz,1000); waveplot(x)genmat

7、=1 0 0 1 0 1 1;0 1 0 1 1 1 0;0 0 1 0 1 1 1;（6）參考以上步驟驗證循環(huán)碼的編譯碼原理，并做出相應的實驗記錄。表1-1差錯控制編譯碼b1 0 1 0 1 1 0 0 0 1 0 1線性分組碼編碼線性分組碼譯碼循環(huán)碼編碼循環(huán)碼譯碼圖1-6 b波形圖1-7 線性分組碼編碼后波形圖1-8線性分組碼譯碼后波形圖1-9 循環(huán)碼編碼后波形圖1-10 循環(huán)碼譯碼后波形實驗二 隨機信道噪聲仿真實驗一、實驗學時：2學時二、實驗類型：驗證型三、實驗儀器：安裝matlab軟件的pc機一臺四、實驗目的：了解信道概念及常見的隨機信道，用matlab仿真噪聲信號，了解噪聲的概念及對

8、信道的影響，用matlab仿真產生噪聲信號，分析其數(shù)字特征、分布特性和功率譜密度。五、實驗內容： 代表信道響應的 matlab 函數(shù)是channel,形式如下（提示：我們可以鍵入help channel 來獲取channel 函數(shù)的幫助）:channel(輸入,增益,噪聲功率,帶寬)（1）創(chuàng)建一個有10 個抽樣值的二進制序列b 且用雙極性不歸零信號格式產生代表b 的波形,其中rb=1kbps。 b = binary(10); x = wave_gen(b,polar_nrz,1000);根據系統(tǒng)參數(shù)設置確定x 的傳輸帶寬bt：bt = _hz.（2）考慮一個具有歸一化增益和加性白高斯噪聲(aw

9、gn)的基帶數(shù)字傳輸信道(噪聲功率為0.01w,信道帶寬為4.9khz),在此信道上傳輸波形x,并顯示輸入和輸出波形并記錄在圖2-1和圖2-2中: y = channel( x,1,0.01,4900 ); subplot(211),waveplot(x); subplot(212),waveplot(y);根據顯示的輸出波形估計b:b = _把你的估計和原序列b比較。圖2-1 輸入波形圖2-2 通過信道后的輸出波形（3）信道噪聲對傳輸波形的影響。逐漸地增加信道噪聲功率，并保持信道帶寬不變，觀察信道輸出的變化: subplot(212),waveplot( channel(x,1,sigma,

10、4900);% 注意修改sigma的值sigma 取0.1,0.5,1,2,5 等值，在下列圖中記錄其波形。在噪聲功率為多少時，傳輸?shù)男盘枌⒀蜎]在噪聲之中?圖2-3 sigm=0.1時的輸出波形時圖2-4 sigm=0.5時的輸出波形圖2-5 sigm=1時的輸出波形圖2-6 sigm=2時的輸出波形圖2-7 sigm=5時的輸出波形（4）通過看信道輸出的功率譜密度來觀察增加信道噪聲功率的影響: b = binary(1000); x = wave_gen(b,polar_nrz,1000); clf,subplot(121),psd(x),a = axis; subplot(122),psd

11、(channel(x,1,0.01,4900); axis(a),hold on psd(channel(x,1,1,4900); psd(channel(x,1,5,4900);分別在下圖中記錄功率譜密度波形圖2-8 x功率譜密度圖2-9 x通過sigm=0.01的信道后功率譜密度圖2-10 x通過sigm=1,5的信道后功率譜密度（5）產生高斯白噪聲信號，噪聲功率為0dbw： awgn_noise=wgn(100000,1,0); plot(awgn_noise);（6）計算噪聲信號awgn_noise的數(shù)字特征（均值、自相關函數(shù)、功率譜密度） mean(awgn_noise) %噪聲信號

12、均值 acf(awgn_noise); psd(awgn_noise); 噪聲信號awgn_noise均值為_，分別在圖2-11和圖2-12中記錄噪聲信號awgn_noise的自相關函數(shù)和功率譜密度波形。圖2-11 awgn_noise的自相關函數(shù)波形 圖2-12 awgn_noise的功率譜密度波形（7）計算awgn_noise概率密度函數(shù)，打印出該概率密度函數(shù)波形并記錄在圖2-13中： pdf(awgn_noise);圖2-13 awgn_noise概率密度函數(shù)波形實驗三 數(shù)字調制與解調一、實驗學時：4學時二、實驗類型：綜合型三、實驗儀器：安裝matlab軟件的pc機一臺四、實驗目的：用m

13、atlab仿真技術實現(xiàn)數(shù)字調制與解調、基帶數(shù)字調制與解調。掌握絕對碼、相對碼概念及它們之間的變換關系；掌握用鍵控法產生2ask、2fsk、2dpsk信號的方法；了解2ask、2fsk、2dpsk信號的頻譜與數(shù)字基帶信號頻譜之間的關系。在該實驗中你將對數(shù)字信號的頻帶傳輸進行研究，你可以學習到：1數(shù)字調制波形的產生；2相干和非相干（包絡檢測）接收機；3在強噪聲下系統(tǒng)的性能分析。五、實驗內容：1ask（振幅鍵控）的產生（1）產生初始5 比特信息為1 0 0 1 0的二進制序列: b = 1 0 0 1 0 binary(455)；（2）產生一載頻為8khz 的ask 信號sa，a由序列b 得到單極性

14、不歸零信號xu，b用xu 與振蕩器產生的8khz 載波混頻（相乘）,得到信號sa。 xu = wave_gen(b,unipolar_nrz,8000); sa = mixer(xu,osc(8000);（3）顯示代表b 的初始5 比特信息的xu 和sa 的波形,并比較兩種波形。 tt = 1:500; subplot(211),waveplot(xu(tt) subplot(212),waveplot(sa(tt)圖3-1 xu(tt)波形圖3-1 xu(tt)波形再把它們在頻率范圍020khz 內的功率譜密度顯示出來,并分別記錄在圖3-3和圖3-4 中。 fr = 0,20000; sub

15、plot(211),psd(xu,fr) subplot(212),psd(sa,fr)圖3-3 xu(t)功率譜密度圖3-4 sa(t)功率譜密度2fsk（頻移鍵控）的產生（1）產生一相位連續(xù)的fsk 信號sf,其1 和0 載頻分別為4khz 和8khz:a由序列b 得到雙極性不歸零基帶信號xf；b用該雙極性脈沖作為vco（壓控振蕩器）的輸入,在該實驗中vco的中心頻率為6khz，頻偏為2khz / v。xf = wave_gen(b,polar_nrz); sf = vco(xf);（2）顯示0 t subplot(211),waveplot(xf(tt) subplot(212),wav

16、eplot(sf(tt)圖3-6 xu(tt)波形圖3-5 xu(tt)波形（3）顯示fsk 信號的功率譜密度函數(shù)并記錄在圖3-7和圖3-8中： clf fr = 0,20000; psd(sf,fr) psd(xf,fr)圖3-7 xf(t)功率譜密度圖3-8 sf(t)功率譜密度32dpsk信號的產生（）差分編碼實現(xiàn)從絕對碼到相對碼的變換，matlab 中實現(xiàn)差分編碼的函數(shù)是diff_enc,形式如下（提示：我們可以鍵入help diff_enc 來獲取diff_enc 函數(shù)的幫助）:diff_enc(x, delay)其中，為待編碼序列，delay為延遲，此函數(shù)實現(xiàn)的表達式為y(n)=x

17、(n) xor x(n- delay)。以rb=1000產生序列，并產生其波形： b = 1 0 0 1 0 0 0 1 0 1; subplot(211), waveplot(wave_gen(b,polar_nrz);（）使用diff_enc函數(shù)進行差分編碼，并產生其波形。延遲delay取默認值： xde = diff_enc(b); subplot(211), waveplot(wave_gen(xde,polar_nrz);把編碼后的序列填入表-1中，比較差分編碼后序列xde和編碼前的序列的波形。（）差分譯碼實現(xiàn)從相對碼到絕對碼的變換，matlab 中實現(xiàn)差分編碼的函數(shù)是diff_de

18、c,形式如下:diff_dec(x, delay)其中，為待譯碼序列，delay為延遲，此函數(shù)實現(xiàn)的表達式為y(n)=x(n) xor x(n+delay)。使用diff_dec對xde進行譯碼得到譯碼后的序列xdd，并產生其波形： xdd = diff_dec(xde);把譯碼后的序列填入表-1中，并比較差分譯碼后序列xdd和編碼前的序列的波形。表-1 差分編譯碼序列序列值b1 0 0 1 0 0 0 1 0 1xdexdd（）采用2psk調制方式傳輸經過差分編碼后的序列。4相干檢測（1）對于ask和psk 信號的相干檢測機如下圖3-9所示:圖3-9相干檢測原理圖為解調ask 信號sa,先要

19、將信號sa 與和sa 同頻同相的本地載波相乘。顯示出相乘器輸出端初始5個碼元周期內的波形,同時將其在頻率范圍fr 內的功率譜密度函數(shù)記錄在圖3-10中。 ya = mixer(sa,osc(8000); clf,subplot(211),waveplot(ya(tt) subplot(212),psd(ya,fr)圖3-10 sa功率譜密度波形（2）將信號ya 作為匹配濾波器的輸入,并在圖3-11中記錄0 t za = match(unipolar_nrz,ya); subplot(212),waveplot(za(tt)圖3-11 za波形5非相干檢測（1）非相干檢測數(shù)字調制信號并不需要考慮

20、本地載波的同步問題。但是,在存在低信噪比的情況下,非相干檢測與相干檢測相比有著更高的誤碼率?？紤]圖3-12所示的非相干接收機。圖3-12非相干接收機帶通濾波器（bpf）的作用是削減帶外干擾和噪聲。若我們適當?shù)剡x擇bpf 的帶寬,則bpf 引起的信號失真可以忽略。包絡檢波器包括一個檢波器和一個lpf（低通濾波器）,其帶寬為fo，帶寬fo 的選擇應滿足：信號帶寬 fo 載波頻率（2）令matlab 函數(shù)envelope中所用的lpf 的帶寬為4000khz。將ask 信號引入函數(shù)envelope 中,并將其輸出信號與sa一并顯示出來記錄在圖3-13和3-14中: ya = envelope(sa,

21、4000); clf,subplot(211),waveplot(sa(tt) subplot(212),waveplot(ya(tt)圖3-13sa波形圖3-14輸出波形附錄通信系統(tǒng)工具箱隨機數(shù)字的產生binary . .隨機二進制數(shù)值corr_seq . 一階自回歸過程exponent . 指數(shù)型分布隨機變量gauss . .高斯型分布隨機變量laplace . .拉普拉斯型分布隨機變量uniform . . . 均勻型分布隨機變量realize . . . 隨相正弦隨機過程speech . . . 隨機話音信號概率分析cdf . . . 隨機序列抽樣的概率分布函數(shù)exp_cdf . .

22、. 指數(shù)型隨機變量的概率分布函數(shù)exp_pdf . . . 指數(shù)型隨機變量的概率密度函數(shù)gamma_pdf . . . 伽瑪型隨機變量的概率密度函數(shù)gaus_cdf . . . 高斯型隨機變量的概率分布函數(shù)gus_pdf . . . 高斯型隨機變量的概率密度函數(shù)lapl_cdf . . . 拉普拉斯型隨機變量的概率分布函數(shù)lapl_pdf . . . 拉普拉斯型隨機變量的概率密度函數(shù)meansq . . . . 均方功率pdf . . . 隨機序列抽樣的概率分布函數(shù)q_function . . . . q 函數(shù)rayl_cdf . . . 瑞利型隨機變量的概率分布函數(shù)rayl_pdf . .

23、. 瑞利型隨機變量的概率密度函數(shù)unif_cdf . . . 均勻型隨機變量的概率分布函數(shù)unif_pdf . . . 均勻型隨機變量的概率密度函數(shù)var. . . 隨機變量概率論和隨機過程實驗dice . . . 隨機實驗比例圖dart . . . . 投標游戲的圖形描繪guess . . . 個人信息數(shù)據猜測integral . . . . 通過蒙特卡洛模擬實現(xiàn)函數(shù)積分new_born . . . 新生嬰兒數(shù)的抽樣函數(shù)person_data . . . . 個人記錄的產生temperature . . . 一天溫度值的抽樣函數(shù)通用分析工具acf . . . . 自相關函數(shù)acf_plot

24、. . . . 自相關函數(shù)的顯示error . . . . 集群自相關函數(shù)psd . . . . 功率譜密度函數(shù)psd_plot . . . 功率譜密度函數(shù)的顯示量 化a2d . . . . 模/數(shù)轉換d2a . . . . 數(shù)/模轉換mu_inv . . . . m -律壓縮mu_law . . . . m -律擴展quant_ch . . . . 量化特性quant_ef . . . . 量化效率quantize . . . . 均勻量化二進制碼元處理bcd . . . . 二/十進制編碼bin_enc . . . . 自然二進制源編碼bin_dec . . . . 自然二進制源譯碼bin

25、2gray . . . 自然二進制碼到格雷碼的轉換gray2bin . . . 格雷碼到自然二進制碼的轉換bin2pol . . . 二進制碼到雙極性碼的轉換bin2bipo . . . 二進制碼到多性碼的轉換diff_dec . . . . 差分譯碼diff_enc . . . . 差分編碼invert . . . . 二進制序列1 碼的實現(xiàn)par2ser . . . . 串并變換pol2bin . . . 雙極性碼到二進制碼的轉換ser2par . . . 并串變換xor . . . . 異或二進制信號形式manchester . . . 曼徹斯特脈沖rect_nrz . . . . 矩形不歸零脈沖rect_rz . . . . 矩形歸零脈沖triangle . .